冷凍の原理と冷凍サイクルの対策

保安管理技術のうち、冷凍の原理は、冷凍サイクルの中で冷媒の状態と熱量がどう変わるかを扱う分野です。p-h線図（縦軸が絶対圧力、横軸が比エンタルピー）の上にサイクルを描き、比エンタルピーの差から冷凍効果・圧縮仕事・凝縮負荷を読み取るのが基本になります。

この分野は、成績係数や冷凍能力、熱通過の簡単な計算を含みますが、使う式は多くありません。式を丸暗記するより、「1kgあたりの熱量（kJ/kg）に流量（kg/s）を掛けると出力（kW）になる」という単位の流れで理解すると、どの問題にも対応できます。

成績係数は冷凍能力÷動力

理論冷凍サイクルの成績係数は、冷凍効果を理論断熱圧縮仕事で割って求めます。同じ条件のヒートポンプ（加熱）の成績係数は、冷凍の成績係数に1を加えた値になります。蒸発温度を下げたり凝縮温度を上げたりすると、成績係数は小さくなります。

効率は3つを区別する

体積効率は吸い込める蒸気の量、断熱効率はガスの圧縮の損失、機械効率は摩擦の損失を表します。いずれも1より小さく、圧縮比が大きくなると一般に小さくなります。実際の軸動力は、理論断熱圧縮動力を断熱効率と機械効率の積で割った値です。

熱の伝わり方の3つの形

固体の中を伝わる熱伝導、流体と固体表面の間の熱伝達、壁をはさんだ流体間の熱通過を区別します。熱伝導率の単位はW/(m・K)、熱伝達率と熱通過率はW/(m²・K)です。水あかや霜は熱伝導率が小さく、付着すると熱通過率が下がります。

計算問題は、解説の途中式をまねして自分でも一度書いてみると、本番で手が止まりません。

p-h線図の図が出てくる問題では、各点がサイクルのどこに当たるかを必ず確かめてから数値を読んでください。

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この分野の出題範囲を、テーマごとの一問一答にまとめました。答えと解説はその場で読めます。

• 原理：冷凍の原理と熱の基礎の一問一答
• 原理：熱の移動（伝導・伝達・通過）の一問一答
• 原理：p-h線図と冷凍サイクルの一問一答
• 原理：冷凍能力・動力・成績係数の計算の一問一答
• 原理：運転条件と冷凍装置の性能の一問一答